CN102455274A - 聚合物特性粘数的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合物特性粘数的测定方法。该聚合物特性粘数的测定方法包括以下步骤：配制聚合物溶液、求出溶剂流经时间的平均值t₀；求出聚合物溶液流经时间的平均值t₁；求出聚合物溶液流经时间的平均值t₂；分别测得浓度为1/2C₀、1/3C₀、1/4C₀的聚合物溶液的流经时间t₃、t₄、t₅；求得在纵坐标上的截距H，通过特性粘数的计算公式计算出聚合物的特性粘数。本发明能有效测定出聚合物特性粘数，且测定精度高，测定效率高，降低了聚合物特性粘数的测定成本。

Description

聚合物特性粘数的测定方法

技术领域

本发明涉及一种聚合物特性粘数的测定方法。

背景技术

当高分子聚合物溶于溶剂中形成溶液时，溶液的粘度往往大于溶剂水的粘度，通常用特性粘数[η]来表示聚合物分子对溶液粘度的贡献。特性粘数[η]的定义是聚合物溶液的浓度趋近于零时的比浓粘度，即单个分子对溶液粘度的贡献，是反映高分子特性的粘度值不随浓度而改变，其表达式为：

$\left[\mathrm{\η}\right]=\underset{C\→0}{\lim }\frac{{\mathrm{\η}}_{\mathrm{sp}}}{C}$

其中：

式中：[η]——特性粘数，mL/g；     η——溶液的粘度，mPa·s；

      η₀——纯溶剂的粘度，mPa·s；η_sp——增比粘度，无因次；

      η_r——相对粘度，无因次；    C——溶液浓度，g/mL；

      η_sp/C——比浓粘度，mL/g。

高聚物相对分子质量与特性粘数的关系可以用马克-豪温方程表示：

[η]＝KM^α

式中：K——取决于测试温度和相对分子质量范围的常数；

      α——取决于溶液中高分子链形态的参数。

若已知K、α值，通过马克-豪温方程就可以求得聚合物的分子量M。当α＝1时，则[η]＝KM，说明溶剂化作用强，此时，高聚物分子链在溶液中呈伸状；特性粘数与高聚物相对分子质量的一次方成正比。当α＝0.5时，则[η]＝KM^0.5，说明溶剂化作用与高聚物分子链的内聚作用相等，高聚物分子链在溶液中呈自然松散线团状；特性粘数与高聚物相对分子质量的1/2次方成正比。当α＝0时，则[η]＝K，说明高聚物分子链的内聚作用大于溶剂化作用，高聚物分子链在溶液中呈卷曲状；特性粘数为一定值，与相对分子质量大小无关。通常α值在0.5～0.8之间。

测定高分子聚合物分子量的方法各有其优缺点及适用范围，在所有的测定方法中，粘度法属于间接测定高聚物相对分子量的方法。所谓粘度法，是由于高分子聚合物的特性粘数与高分子聚合物分子量之间有一定的关系，利用粘度来测定高分子聚合物分子量的一种方法。所测出的分子量称为粘均分子量。此方法所需的设备和操作都简单，技术比较容易掌握。测定的相对分子质量范围可以从几千到几百万，只要有了经验常数K和α后，使用起来比较方便，甚至可以只测一个浓度，便能进行相对分子质量的估算。当应用于控制生产，只要求比较相对分子质量的相对大小时，可以用[η]，甚至用规定浓度下的ηsp/C、ηr，即可进行比较，不需要计算真正的相对分子质量。因此，粘度法目前被广泛应用于生产控制和科学研究中。

粘度法测特性粘数的原理是：按规定条件制备试样浓度为0.0005～0.001g/mL，NaCl浓度为1mol/L的溶液。用气承液柱式乌式粘度计分别测定溶剂和溶液的流经时间，根据测得的值计算特性粘数。

粘度法测相对分子质量中采用的粘度计是乌式粘度计，操作便利、快速，精确度较高，分子量适用范围大，测定和数据处理周期短，成为人们最常用的实验技术。

乌氏粘度计由三根管组成。具有一根内径为R、长度为L的毛细管，毛细管上端有一根体积为V的小球，小球的上都和下部各有刻线a和b。待测的液体从A管加入，经B管将液体吸至a线以上，使B管通大气，任其自然流下，记录液面流经a线和b线的时间t。这样外加的力就是高度为h的液体自身的重力P。

液体的绝对粘度测定困难而繁琐。但就使用粘度法测定聚合物的相对分子质量而言，并不需要测定溶液的绝对粘度，只需测定溶液和溶剂的相对粘度ηr即可。使用乌氏粘度计就是通过测定溶液和溶剂在毛细管中的流动速度来确定溶液的相对粘度。

由于聚合物溶液的粘度不仅与聚合物的分子量有关，而且还取决于聚合物的分子结构、形态、以及在溶剂中的伸展程度。因此，粘度法只是一种测定聚合物分子量的相对方法，必须在特定的条件下，确定溶液特性粘数与分子量的关系，根据这种关系才能由溶液的特性粘数算出聚合物分子量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种聚合物特性粘数的测定方法，该聚合物特性粘数的测定方法能有效测定出聚合物特性粘数，且测定精度高，测定效率高，降低了聚合物特性粘数的测定成本。

本发明的目的通过下述技术方案实现：聚合物特性粘数的测定方法，包括以下步骤：

(a)将NaCl溶液置于恒温水浴中备用；配置溶剂为1.00mol/L的NaCl、浓度为0.001g/mL的聚合物溶液；

(b)用移液管移取10～15mL NaCl溶液，加入乌式粘度计中，在水浴中恒温，测定其流经a、b线的时间，测量三次，求出溶剂流经时间的平均值t₀；

(c)洗净粘度计，干燥后，用移液管移取10mL浓度为C₀＝0.001g/mL的聚合物溶液，加入乌式粘度计中，在30±0.05℃的水浴中恒温10min，测定其流经a、b线的时间，测量三次，求出聚合物溶液流经时间的平均值t₁；

(d)用移液管向粘度计中移取1.00mol/L的NaCl溶液5mL，用洗耳球打气鼓泡使之与原来的10mL溶液混合均匀，此时的溶液浓度为2/3C₀，测定其流经a、b线的时间，测量三次，求出聚合物溶液流经时间的平均值t₂；

(e)按步骤(d)再逐次加入5、10、15mL浓度为1.00mol/L的NaCl溶液，分别测得浓度为1/2C₀、1/3C₀、1/4C₀的聚合物溶液的流经时间t₃、t₄、t₅；

(f)用t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，计算各浓度下试样溶液的增比粘度η_sp和相对粘度ηr；

(g)由对应的相对浓度，分别计算各点的η_sp/Cr和lnη/C_r，在同一图中作出ηsp/Cr～Cr和lnηr/Cr～Cr的直线关系图，外推至Cr＝0，求得在纵坐标上的截距H，若两条直线不能在纵坐标上交于一点，则取两截距的平均值为H，通过特性粘数的计算公式计算出聚合物的特性粘数。

所述步骤(a)中，NaCl溶液的浓度为1.00mol/L。

所述步骤(a)中，恒温水浴的温度为30℃。

所述步骤(b)中，在水浴中恒温10min。

所述步骤(b)中，三次的时间差值不超过0.3秒。

所述步骤(c)中，三次的时间差值不超过0.3秒。

所述步骤(d)中，三次的时间差值不超过0.3秒。

综上所述，本发明的有益效果是：能有效测定出聚合物特性粘数，且测定精度高，测定效率高，降低了聚合物特性粘数的测定成本。

附图说明

图1为本发明的聚合物的浓粘关系曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例：

本发明涉及的聚合物特性粘数的测定方法，包括以下步骤：

(a)配置浓度为1.00mol/L的NaCl溶液，置于30℃恒温水浴中备用；配置溶剂为1.00mol/L的NaCl、浓度为0.001g/mL的聚合物溶液；

(b)用移液管移取10～15mL浓度为1.00mol/L的NaCl溶液，加入乌式粘度计中，在30±0.05℃的水浴中恒温10min，测定其流经a、b线的时间，测量三次，各次的时间差值不应超过0.3秒，求出溶剂流经时间的平均值t₀；

(c)洗净粘度计，干燥后，用移液管移取10mL浓度为C₀＝0.001g/mL的聚合物溶液，加入乌式粘度计中，在30±0.05℃的水浴中恒温10min，测定其流经a、b线的时间，测量三次，各次的时间差值不应超过0.3秒，求出聚合物溶液流经时间的平均值t₁；

(d)用移液管向粘度计中移取1.00mol/L的NaCl溶液5mL，用洗耳球打气鼓泡使之与原来的10mL溶液混合均匀，此时的溶液浓度为2/3C₀，测定其流经a、b线的时间，测量三次，各次的时间差值不应超过0.3秒，求出聚合物溶液流经时间的平均值t₂；

(e)按步骤(d)再逐次加入5、10、15mL浓度为1.00mol/L的NaCl溶液，分别测得浓度为1/2C₀、1/3C₀、1/4C₀的聚合物溶液的流经时间t₃、t₄、t₅；

(f)用t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，计算各浓度下试样溶液的增比粘度η_sp和相对粘度ηr；

(g)由对应的相对浓度，分别计算各点的η_sp/Cr和lnη/C_r，在同一图中作出ηsp/Cr～Cr和lnηr/Cr～Cr的直线关系图，外推至Cr＝0，求得在纵坐标上的截距H，若两条直线不能在纵坐标上交于一点，则取两截距的平均值为H，通过特性粘数的计算公式计算出聚合物的特性粘数。

通过以上测定方法，测出最佳合成条件下所合成的聚合物样品的t值，测得结果如下表所示。

以实际浓度与初始浓度C₀的比值Cr为横坐标，ηsp/Cr和lnηr/Cr为纵坐标在同一图中作图，并外推至Cr＝0，结果如图1所示，由图1所示可知，纵坐标上的截距分别为1.32与1.40，其平均值H为1.36，则该聚合物的特性粘数为：

[η]＝H/C₀

    ＝1.36/(0.001g/mL)

    ＝1360mL/g

由上可知，本发明能有效测定出聚合物特性粘数，且测定精度高，测定效率高，降低了聚合物特性粘数的测定成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.聚合物特性粘数的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)将NaCl溶液置于恒温水浴中备用；配置溶剂为1.00mol/L的NaCl、浓度为0.001g/mL的聚合物溶液；

(b)用移液管移取10～15mL NaCl溶液，加入乌式粘度计中，在水浴中恒温，测定其流经a、b线的时间，测量三次，求出溶剂流经时间的平均值t0；

(c)洗净粘度计，干燥后，用移液管移取10mL浓度为C₀＝0.001g/mL的聚合物溶液，加入乌式粘度计中，在30±0.05℃的水浴中恒温10min，测定其流经a、b线的时间，测量三次，求出聚合物溶液流经时间的平均值t₁；

(d)用移液管向粘度计中移取1.00mol/L的NaCl溶液5mL，用洗耳球打气鼓泡使之与原来的10mL溶液混合均匀，此时的溶液浓度为2/3C₀，测定其流经a、b线的时间，测量三次，求出聚合物溶液流经时间的平均值t₂；

(e)按步骤(d)再逐次加入5、10、15mL浓度为1.00mol/L的NaCl溶液，分别测得浓度为1/2C₀、1/3C₀、1/4C₀的聚合物溶液的流经时间t₃、t₄、t₅；

(f)用t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，计算各浓度下试样溶液的增比粘度η_sp和相对粘度ηr；

(g)由对应的相对浓度，分别计算各点的η_sp/Cr和lnη/C_r，在同一图中作出ηsp/Cr～Cr和lnηr/Cr～Cr的直线关系图，外推至Cr＝0，求得在纵坐标上的截距H，若两条直线不能在纵坐标上交于一点，则取两截距的平均值为H，通过特性粘数的计算公式计算出聚合物的特性粘数。

2.根据权利要求1所述的聚合物特性粘数的测定方法，其特征在于，所述步骤(a)中，NaCl溶液的浓度为1.00mol/L。

3.根据权利要求1所述的聚合物特性粘数的测定方法，其特征在于，所述步骤(a)中，恒温水浴的温度为30℃。

4.根据权利要求1所述的聚合物特性粘数的测定方法，其特征在于，所述步骤(b)中，在水浴中恒温10min。

5.根据权利要求1所述的聚合物特性粘数的测定方法，其特征在于，所述步骤(b)中，三次的时间差值不超过0.3秒。

6.根据权利要求1所述的聚合物特性粘数的测定方法，其特征在于，所述步骤(c)中，三次的时间差值不超过0.3秒。

7.根据权利要求1所述的聚合物特性粘数的测定方法，其特征在于，所述步骤(d)中，三次的时间差值不超过0.3秒。

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